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Elektrischer Flammenwächter
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glättete Gleichspannungen sind und dass ferner das in Abhängigkeit vom Hauptentladungsstrom der Röhre betätigte Relais mindestens einen Kontakt zur Ein-und Ausschaltung einer Löschvorrichtung enthält, welche die Gasentladungsröhre jeweils mit Verzögerung löscht, wonach ihre Neuzündung wieder freige- geben wird.
Bei diesem Flammenwächter enthält zweckmässig das Relais mit dem Kontakt zur An-und Abstellung der Brennstoffzufuhr zum Brenner einen weiteren Kontakt, der zusammen mit den die Löschvorrichtung betätigenden Kontakten des vom Hauptentladungsstrom abhängigen Relais ein abwechselndes Zünden und Löschen der Gasentladungsröhre solange bewirkt, bis die Flamme des Brenners gezündet hat oder die Brenneranlage mittels eines Kontaktes eines weiteren Relais infolge einer Störung wieder abgeschaltet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Flammenwächters ist auch in der Löschvorrichtung eine Gasentladungsröhre mit Starterelektrode sowie einer geglätteten Gleichspannung als Anodenspannung eingesetzt, wobei die Hauptentladungskreise beider Gasentladungsröhren von Verstärker und Löschvorrichtung miteinander elektrisch derart gekoppelt sind, dass jeweils nur eine derselben brennen kann.
Inder Zeichnung ist der erfindungsgemässe elektrische Flammenwächter in einer vorteilhaften Ausgestaltung schematisch dargestellt, wobei für das Verständnis entbehrliche Einzelheiten weggelassen sind.
Die Brennereinrichtung weistin bekannter Weise ein Flammenrohr D, einen das Gebläse und Brennstoffpumpe antreibenden Elektromotor G, einen die Zündelektroden speisenden Zündtransformator Z sowie ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil B zur Freigabe und zum Absperren der Brennstoffzufuhr auf. Die Vorlauftemperatur oder Zimmertemperatur wird mittels des Thermostaten T überwacht, dessen Kontakt T geöffnet ist, wenn die Vorlauftemperatur oder Zimmertemperatur den Sollwert übersteigt, während der Kontakt T sich schliesst, sobald die Vorlauftemperatur oder Zimmertemperatur unter den Sollwert absinkt. Die Überwachung der Flamme 1 des Brenners erfolgt mittels einer in sie eintauchenden Sonde 2, die vermittels des Durchführungsisolators 3 aus dem Brennergehäuse isoliert nach aussen geführt wird.
Der elektrische Teil des Flammenwächters besteht im wesentlichen aus drei Einheiten, u. zw. aus der Verstärkereinrichtung I, der Löschvorrichtung II und der Schalteinheit in. An die Klemmen 4 und 5 des Flammenwächters wird wie üblich das Wechselstromnetz von beispielsweise 220 Volt angeschlossen und es ist angenommen, dass die eine Klemme 4 direkt mit dem Flammenrohr D der Brennereinrichtung verbunden werden kann, so dass sich ein Zwischentransformator erübrigt.
Die Verstärkereinrichtung I weist einen nur einstufigen Verstärker auf, der vorzugsweise durch eine Gasentladungsröhre 6 mit Starterelektrode gebildet wird. Die Sonde 2 liegt unmittelbar an der Starterelektrode der Röhre 6 und erhält über einen Hochohmwiderstand 7 von beispielsweise etwa 108 Ohm eiie positive Vorspannung gegenüber der Kathode der Röhre 6 und damit auch gegenüber demFlammenohr D. Diese Gleichspannung wird vermittels des in der Löschvorrichtung II enthaltenen Gleichrichters 3 erhalten und durch den Filterkondensator 9 geglättet. Im Anodenkreis der Röhre 6, welcher gleich Falls durch die vorerwähnte Gleichspannung gespeist wird, ist noch die Erregerwicklung eines elektronagnetischen Relais F eingeschaltet, welches die Kontakte Fl - F7 aufweist.
Zwischen der Star- : erelektrode und der Kathode der Röhre 6 ist noch ein Kondensator 10 zur Lieferung der Steuerleistung eingeschaltet.
Die dargestellte Löschvorrichtung n arbeitet vorwiegend mit elektronischen Hilfsmitteln. Sie weist eine weitere Gasentladungsröhre 12 mit Starterelektrode auf, deren Anode über den Kontakt F und den Kondensator 13 mit der Anode der Röhre 6 der Verstärkereinrichtung I elektrisch gekoppelt ist. Die Ano- de der Röhre 12 liegt an einem Abgriff des aus ohmschen Widerständen 14 und 15bestehendenSpannungsteilers, der seinerseits an der vom Gleichrichter 8 gelieferten Gleichspannung liegt. Von der Starterelektrode der Röhre 12 führt ein Widerstand 16 zum Pluspol der vom Gleichrichter 8 erzeugten Gleichspannung sowie ein Kondensator 17 zur Kathode der Röhre Bei geöffnetem Kontakt T, des Thermostaten T ist der Kondensator 17 vermittels der Relaiskontakte A und F kurzgeschlossen.
Ein mit der Anode der Röhre 12 verbundener weiterer ohmscher Widerstand 18, der in Reihe mit dem Relaiskontakt A2 liegt, ergänzt die Löschvorrichtung II.
Die Schalteinheit HI hat ein elektromagnetisches Relais A, welches die Kontakte A, A, Ag und A aufweist. Der Kontakt A dient als Selbsthaltekontakt, sobald das Relais A erstmals angezogen hat ; der Kontakt A4 bewirkt die betriebsmässige Ein- und Ausschaltung des Brennstoffventils B.
In Reihe mit dem Kontakt F und dem ohmschen Widerstand 19 sind die Heizelemente von zwei Thermorelais U und S geschaltet, von welchen das Thermorelais U die Kontakte U und U betä-
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tigt. Spricht das Thermorelais U nach Aufheizung seines Heizelementes an, so wird der Kontakt Ul geöffnet und der Kontakt U2 geschlossen. Das weitere Thermorelais S hat einen bei kaltem Heizelement geschlossenen Kontakt S. der in Reihe mit der Anschlussklemme 5 liegt. Hat das Relais S angesprochen, so öffnet sich der Kontakt S. und die Verriegelungstaste So fällt ein, so dass der Kontakt S geöffnet bleibt, auch wenn sich das Heizelement des Thermorelais S wieder abgekühlt hat. Erst durch manuelles Zurückziehen der Verriegelungstaste S0 wird der Kontakt S1 wieder geschlossen.
Im übrigen ist die Verzögerungszeit, mit welcher das Thermorelais S anspricht, einMehr- faches der Verzögerungszeit, mit welcher das andere Thermorelais U anspricht. Der Zündtransformator Z wird vermittels der Kontakte F, bzw. U. und A g geschaltet.
Wird nun bei stillgesetzter Brennereinrichtung, d. h. bei nicht vorhandener Flamme 1, der Kontakt T des Thermostaten T geschlossen, so läuft sofort der Gebläsemotor G des Brenners an. Der Gleichrichter 8 erzeugt die zum Betrieb der Verstärkereinrichtung I und der Löschvorrichtung II erforderliche Gleichspannung. Die Röhre 12 der Löschvorrichtung kann jedoch nicht zünden, da ihre Starterelektrode über die noch geschlossenen Kontakte A und F 2 mit der Kathode verbunden bleibt. Ist die Isolation der Sonde 2 in Ordnung und brennt die Flamme 1 nicht, so wird der Kondensator 10 über den Widerstand 7 aufgeladen, bis die Starterelektrode der Röhre 6 das zur Zündung der Hauptentladung erforderliche Potential erreicht hat. Sobald die Röhre 6 gezündet hat, zieht das Relais F an. Damit werden die Kontak-
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Fswerden die beiden Thermorelais U und S aufgeheizt.
Nach einer bestimmten Verzögerungszeitspricht nun das Thermorelais U an, und es wird der Kontakt U geöffnet und der Kontakt U, geschlossen. Damit erhält nun das elektromagnetische Relais A über F., U2 und den Widerstand 19 Spannung. Sein Anker zieht an, und die Kontakte A 21 As, A 4 werden geschlossen, während der Kontakt Al sich öffnet. Der Kontakt As wirkt als Selbsthaltekontakt, vermöge des geschlossenen Kontaktes As wird das Brennstoffventil B geöffnet. Gleichzeitig wird wegen der offenen Kontakte Al und F, der Kondensator 17 durch den Widerstand 16 langsam aufgeladen.
Diese Schaltfunktionen können jedoch nur ausgeführt werden, sofern die beiden Thermorelais U und S ordnungsgemäss arbeiten, d. h. wenn keines derselben eineetwa ausgebrannte oder unterbrochene Heizwicklung aufweist. Erreicht die Starterelektrode der Röhre 12 die Zündspannung, so wird beim Zünden der Röhre 12 an ihrer Anode eine auf die Brennspannung verminderte Spannung entstehen. Dieser in negativer Richtung weisende Spannungssprung wird über den Kondensator 13 auf die Anode der brennenden Röhre 6 übertragen, so dass diese gelöscht wird. Der Haupt- entladungsstrom der Röhre 6 verschwindet, und die Erregerwicklung des Relais F wird stromlos, so dass die Kontakte F-F wieder in die gezeichnete Ausgangslage zurückkehren.
Wegen des Selbsthaltekontaktes A verbleiben aber die Kontakte Al bis'A, in der zuletzt erwähnten Stellung. Hat nun die Flamme 1 noch nicht gezündet ; so wird sich der Kondensator 10 neuerdings aufladen, bis die Röhre 6 von neuem zündet. Mit dem Zünden der Röhre 6 wird wegen des sich wieder schliessenden Kontaktes F die noch brennende Röhre 12 durch die Wirkung des Kondensators 13 gelöscht, bissieschliesslich nach Ablauf der Aufladezeit aes Kondensators 17 ebenfalls wieder zündet und damit die Röhre 6 löscht. Dieses Spiel wie- derholt sich so lange, bis entweder das Thermorelais S anspricht und die ganze Einrichtung vermittels des Kontaktes S vom Netz abschaltet, oder bis die Flamme 1 brennt.
Brennt die Flamme 1, so wird wegen ihrer Leitfähigkeit der Kondensator 10 elektrisch überbrückt, so dass er sich nicht mehr auf die zur Zündung der Röhre 6 erforderliche Spannung aufladen kann. Sobald daher die Röhre 6 nicht mehr zündet, kehren die Kontakte F.-F endgültig in die gezeichnete Stellung zurück, während die Kontakte A-A geschlossen und der Kontakt Al geöffnet bleibt. Das Thermorelais U kühlt sich dementspre -
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ab, und nach einer gewissen Zeit wird dereine Wechselspannung über A3, U1, F6, A2 auf die Anode der noch brennenden Röhre 12 gegeben, so dass diese nunmehr ebenfalls noch endgültig gelöscht wird. Eine Wiederzündung der Röhre 12 ist wegen des geschlossenen Kontaktes F unmöglich gemacht.
Damit ist der Betriebszustand der Brennereinrichtung und des Flammenwächters erreicht.
Sollte im geschilderten Betriebszustand die Flamme 1 aus irgendwelchen Gründen erlöschen, so läuft das beschriebene Programm von neuem an, bis entweder die Flamme 1 wieder brennt oder las Thermorelais S die Anlage wegen Störung vom Netz abschaltet und stillsetzt. Ist ferner z. B. eine ler beiden Röhren 6 oder 12 defekt, so wird entweder das Steuerprogramm gar nicht durchgeführt oder las Thermorelais S wird nach Ablauf seiner Aufheizzeit die Brennereinrichtung wieder abschalten. Der elektrische Teil des Flammenwächters führt daher eine weitgehende Selbstüberwachung aus.
Besonders
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vorteilhaft ist, dass die beiden Röhren 6 und 12 nur während des Anlaufens in gegebenenfalls intermittierender Weise brennen, um dann während des ordnungsgemässen Betriebes der Brennereinrichtung gelöscht zu werden. Dadurch wird eine erhebliche Verlängerung der Gebrauchszeit der Röhren 6 und 12 bewirkt.
An sich sind verschiedene Varianten der beschriebenen Einrichtung möglich. Beispielsweise könnte die Löschvorrichtung II an Stelle der Röhre 12 ein Thermorelais enthalten, dessen Kontakte zwecks Löschung der Röhre 6 deren Hauptentladungsstromkreis unterbrechen und nachher wieder schliessen. Eine Elektronenröhre 12 und die wenigen ihr zugeordneten elektrischen Einzelteile nehmen jedoch erheblich weniger Raum ein, als ein zuverlässig arbeitendes Thermoralais, so dass die dargestellte rein elektronisch arbeitende Löschvorrichtung II sich als überlegen erwiesen hat. Ferner wäre es denkbar, für die Röhren 6 und 12 nicht Glimmentladungsröhren mit kalter Kathode, sondern-Gasentladungsröhren mit geheizter Kathode und Steuergitter einzusetzen.
Die angestrebte Selbstüberwachung des Flammenwächters ist dann aber nicht so einfach zu verwirklichen wie bei Anwendung von Glimmentladungsröhren mit kalter Kathode und Starterelektrode. Im Interesse einer hohen Stromverstärkung der VerstärkereinrichtungI bietet schliesslich die Anwendung einer Gleichspannung zum Betrieb der Glimmröhre 6 und der Sonde 2 erhebliche Vorteile, und man kann dann mit einer nur einstufigen Verstärkung auskommen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrischer Flammenwächter zur Überwachung und Steuerung von Brenneranlagen, mit wenigstens einer in den Brennraum eintauchenden Sonde, einem Verstärker für die Sondenströme mit mindestens einer Gasentladungsröhre, sowie mit mehreren elektromechanischen Relais zur betriebsmässigen Einund Ausschaltung der Brenner und zu ihrer Abschaltung bei Störungen, wobei wenigstens ein Relais in Abhängigkeit vom Hauptentladungsstrom der Gasentladungsröhre betätigt wird ;
dadurch gekennzeichnet, dass die an die Sonde (2) angeschlossene Starterelektrode der Gasentladungsröhre (6) des Verstärkers (I) über einen Hochohmwiderstand (7) eine Vorspannung erhält, bei welcher die Gasentladungsröhre (6) zün- det, wenn die Flamme (1) des Brenners (D) nicht brennt, dass diese Vorspannung sowie die Anodenspannung der Gasentladungsröhre geglättete Gleichspannungen sind und dass ferner das in Abhängigkeitvom Hauptentladungsstrom der Röhre betätigte Relais (F) mindestens einen Kontakt (Fl, F) zur Ein-und Aus- schaltung einer Löschvorrichtung (II) enthält, welche die Gasentladungsröhre jeweils mit Verzögerung löscht, wonach ihre Neuzündung wieder freigegeben wird.
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Electric flame monitor
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are smoothed direct voltages and that the relay operated as a function of the main discharge current of the tube also contains at least one contact for switching an extinguishing device on and off, which extinguishes the gas discharge tube with a delay, after which its re-ignition is released again.
In this flame monitor, the relay with the contact for switching the fuel supply to the burner on and off contains a further contact which, together with the contacts of the relay which is dependent on the main discharge current and which actuates the extinguishing device, causes the gas discharge tube to alternately ignite and extinguish until the flame of the Burner has ignited or the burner system is switched off again as a result of a fault by means of a contact of another relay.
In a preferred embodiment of the flame monitor according to the invention, a gas discharge tube with a starter electrode and a smoothed DC voltage as anode voltage is also used in the extinguishing device, the main discharge circuits of both gas discharge tubes of the amplifier and the extinguishing device being electrically coupled to one another in such a way that only one of them can burn.
In the drawing, the electrical flame monitor according to the invention is shown schematically in an advantageous embodiment, details that are unnecessary for understanding have been omitted.
The burner device has in a known manner a flame tube D, an electric motor G driving the fan and fuel pump, an ignition transformer Z feeding the ignition electrodes and an electromagnetically controlled valve B for releasing and shutting off the fuel supply. The flow temperature or room temperature is monitored by means of the thermostat T, whose contact T is open when the flow temperature or room temperature exceeds the set point, while contact T closes as soon as the flow temperature or room temperature falls below the set point. The flame 1 of the burner is monitored by means of a probe 2 which is immersed in it and which is insulated out of the burner housing by means of the bushing insulator 3.
The electrical part of the flame detector consists essentially of three units, u. between the amplifier device I, the extinguishing device II and the switching unit in. As usual, the AC power supply of 220 volts, for example, is connected to terminals 4 and 5 of the flame monitor and it is assumed that one terminal 4 connects directly to the flame tube D of the burner device can be connected, so that an intermediate transformer is not required.
The amplifier device I has a single-stage amplifier, which is preferably formed by a gas discharge tube 6 with a starter electrode. The probe 2 lies directly on the starter electrode of the tube 6 and receives a positive bias voltage with respect to the cathode of the tube 6 and thus also with respect to the flame ear D via a high-value resistor 7 of, for example, about 108 ohms obtained and smoothed by the filter capacitor 9. In the anode circuit of the tube 6, which is immediately fed by the aforementioned direct voltage, the excitation winding of an electronic magnetic relay F, which has the contacts F1-F7, is still switched on.
Between the star electrode and the cathode of the tube 6, a capacitor 10 is also switched on to deliver the control power.
The illustrated erasing device n works primarily with electronic aids. It has a further gas discharge tube 12 with a starter electrode, the anode of which is electrically coupled to the anode of the tube 6 of the amplifier device I via the contact F and the capacitor 13. The anode of the tube 12 is connected to a tap of the voltage divider consisting of ohmic resistors 14 and 15, which in turn is connected to the direct voltage supplied by the rectifier 8. From the starter electrode of the tube 12, a resistor 16 leads to the positive pole of the DC voltage generated by the rectifier 8 and a capacitor 17 to the cathode of the tube. When the contact T of the thermostat T is open, the capacitor 17 is short-circuited by means of the relay contacts A and F.
A further ohmic resistor 18 connected to the anode of the tube 12, which is in series with the relay contact A2, supplements the extinguishing device II.
The switching unit HI has an electromagnetic relay A, which has the contacts A, A, Ag and A. Contact A serves as a self-holding contact as soon as relay A has picked up for the first time; the contact A4 causes the operational switching on and off of the fuel valve B.
In series with the contact F and the ohmic resistor 19, the heating elements of two thermal relays U and S are connected, of which the thermal relay U actuates the contacts U and U.
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does. If the thermal relay U responds after its heating element has been heated, the contact Ul is opened and the contact U2 is closed. The further thermal relay S has a contact S which is closed when the heating element is cold and which is in series with connection terminal 5. If the relay S has responded, the contact S. opens and the locking button So is activated, so that the contact S remains open, even when the heating element of the thermal relay S has cooled down again. The contact S1 is only closed again by manually pulling back the locking button S0.
In addition, the delay time with which the thermal relay S responds is a multiple of the delay time with which the other thermal relay U responds. The ignition transformer Z is switched by means of the contacts F, or U. and A g.
If the burner device is shut down, d. H. if there is no flame 1, the contact T of the thermostat T is closed, the fan motor G of the burner starts immediately. The rectifier 8 generates the DC voltage required to operate the amplifier device I and the quenching device II. The tube 12 of the quenching device cannot ignite, however, since its starter electrode remains connected to the cathode via the contacts A and F 2 which are still closed. If the insulation of the probe 2 is OK and the flame 1 is not burning, the capacitor 10 is charged via the resistor 7 until the starter electrode of the tube 6 has reached the potential required to ignite the main discharge. As soon as the tube 6 has ignited, the relay F picks up. This means that the contact
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The two thermal relays U and S are heated up.
After a certain delay time, the thermal relay U responds, and contact U is opened and contact U, is closed. The electromagnetic relay A now receives voltage via F., U2 and the resistor 19. Its armature picks up and the contacts A 21 As, A 4 are closed while the contact Al opens. The contact As acts as a self-holding contact, due to the closed contact As the fuel valve B is opened. At the same time, because of the open contacts Al and F, the capacitor 17 is slowly charged by the resistor 16.
However, these switching functions can only be carried out if the two thermal relays U and S are working properly, i.e. H. if none of these has a burnt out or interrupted heating coil. When the starter electrode of the tube 12 reaches the ignition voltage, when the tube 12 is ignited, a voltage reduced to the burning voltage will arise at its anode. This voltage jump pointing in the negative direction is transmitted via the capacitor 13 to the anode of the burning tube 6, so that it is extinguished. The main discharge current of the tube 6 disappears and the excitation winding of the relay F is de-energized, so that the contacts F-F return to the initial position shown.
Because of the self-holding contact A, however, the contacts A1 to A remain in the last-mentioned position. Has not yet ignited the flame 1; so the capacitor 10 will be charged again until the tube 6 ignites again. With the ignition of the tube 6, the still burning tube 12 is extinguished by the action of the capacitor 13 due to the re-closing contact F, until finally after the charging time aes capacitor 17 also ignites again and thus extinguishes the tube 6. This game is repeated until either the thermal relay S responds and the entire device disconnects from the mains by means of contact S, or until the flame 1 is burning.
If the flame 1 is burning, the capacitor 10 is electrically bridged because of its conductivity, so that it can no longer be charged to the voltage required to ignite the tube 6. As soon as the tube 6 no longer ignites, the contacts F.-F finally return to the position shown, while the contacts A-A closed and the contact A1 remains open. The thermal relay U cools down accordingly
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off, and after a certain time the one alternating voltage is applied via A3, U1, F6, A2 to the anode of the still burning tube 12, so that this is now also finally extinguished. A re-ignition of the tube 12 is made impossible because of the closed contact F.
The operating state of the burner device and the flame monitor is thus achieved.
If the flame 1 goes out for any reason in the operating state described, the program described starts again until either the flame 1 burns again or the thermal relay S switches the system off due to a fault and stops it. Is further z. If, for example, one of the two tubes 6 or 12 is defective, either the control program is not carried out at all or the thermal relay S will switch off the burner device again after its heating-up time has elapsed. The electrical part of the flame monitor therefore carries out extensive self-monitoring.
Especially
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It is advantageous that the two tubes 6 and 12 only burn in an intermittent manner, if necessary, during start-up, in order to then be extinguished during the proper operation of the burner device. This results in a considerable extension of the service life of the tubes 6 and 12.
Various variants of the device described are possible per se. For example, the quenching device II could contain a thermal relay in place of the tube 12, the contacts of which interrupt the main discharge circuit for the purpose of quenching the tube 6 and then close it again. An electron tube 12 and the few individual electrical parts assigned to it, however, take up considerably less space than a reliably operating thermal relay, so that the purely electronically operating extinguishing device II shown has proven to be superior. Furthermore, it would be conceivable to use gas discharge tubes with a heated cathode and control grid instead of glow discharge tubes with a cold cathode for the tubes 6 and 12.
The desired self-monitoring of the flame monitor is then not as easy to implement as when using glow discharge tubes with a cold cathode and starter electrode. Finally, in the interest of a high current amplification of the amplifier device I, the use of a direct voltage for operating the glow tube 6 and the probe 2 offers considerable advantages, and only one-stage amplification can then be used.
PATENT CLAIMS: 1. Electric flame monitor for monitoring and controlling burner systems, with at least one probe immersed in the combustion chamber, an amplifier for the probe currents with at least one gas discharge tube, as well as with several electromechanical relays for the operational switching on and off of the burners and for their switching off in the event of faults, wherein at least one relay is actuated in response to the main discharge current of the gas discharge tube;
characterized in that the starter electrode of the gas discharge tube (6) of the amplifier (I) connected to the probe (2) receives a bias voltage via a high resistance (7) at which the gas discharge tube (6) ignites when the flame (1) of the burner (D) does not burn, that this bias voltage and the anode voltage of the gas discharge tube are smoothed direct voltages and that the relay (F), which is actuated depending on the main discharge current of the tube, has at least one contact (Fl, F) for switching an extinguishing device on and off (II), which extinguishes the gas discharge tube with a delay, after which its re-ignition is released again.